Book/Report

FZJ-2018-03527

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Chemische Prozesse durch Zyklotron-Ionen in festem Methan: Simulation der Wechselwirkung kosmischer Strahlung mit einfachen extraterrestrischen Eiskörpern

Kaiser, R.-I. (Corresponding author)FZJ*

1991
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/18918

Report No.: Juel-2492

Abstract: Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wechselwirkung der niederenergetischen Partikelkomponente der kosmischen Strahlung im 10 MeV-Bereich mit offenen festen Methankörpern bei 10 - 15 K zu untersuchen. Methan diente hierbei als Modellsubstanz zur Komplexierung organischer Materie aus primitiveren, primordialenEiskörpern. Hierzu wurden Methan- und Methan-Argon-Eiskörper mit 18 MeV Protonen bzw. 17 MeV 3He$^{2+}$-Ionen des Jülicher Kompaktzyklotrons CV 28 über einen Dosisbereich von 0.07 - 16.8 eV/C-Atom bestrahlt. Die Energiedichte, hier als lineare Energieübertragung, L$_{T}$ (CH$_{4}$), definiert, wurde in drei Bestrahlungsblöcken in den Systemen CH$_{4}$ /Ar(1:12)//H$^{+}$ (161 eV*$\mu$m$^{-1}$), CH$_{4}$ //H$^{+}$ (1800 eV*$\mu$m$^{-1}$) und CH$_{4}$ // $^{3}$He$^{2+}$ (10810 eV*$\mu$m$^{-1}$) systematisch variiert. Die heißen Kohlenstoffatome reagierten nach Insertion in die C-H-Methanbindung in allen drei Bestrahlungsblöcken zu den gasförmigen C$_{2}$-Primärprodukten Ethan, Ethen, Ethin und den C$_{3}$-Radiolysespezies Propan, Propen/Cyclopropan, möglicherweise Allen/Propin/Cyclopropen. In den hier untersuchten, zum Vakuum offenen Systemen konnten im Gegensatz zu den Versuchen in Metallküvetten überwiegend lineare Aliphaten mit mindestens 28 C-Atomen nachgewiesen werden. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe konnten nur in den mit $^{3}$He$^{2+}$ bestrahlten Proben höchster Energiedichte nachgewiesen werden. Protonenflüssen ausgesetztes CH$_{4}$ und CH$_{4}$/Ar-Eisezeigten dagegen nur Benzolderivate als aromatische Spezies. Dieses führte zu dem Prinzip der kritischen Energiedichte: sie definiert den für eine Multizentrenreaktion benötigten Schwellenwert, oberhalb dessen ein implantiertes Teilchen auf seinem Weg durch das Target eine bestimmte Konzentration sekundärer knock-on-Partikel und gebildeter Radikale aufbaut, so daß die Sub-Reaktionszentren zu komplexen Molekülen aggregieren können. Für die Bildung von PAHs liegt der kritische L$_{T}$ -Wert zwischen 2 und 10 keV*$\mu$m$^{-1}$. Entscheidender Faktor des Dualismus Dosis - Energiedichte ist die Energiedichte ; die Dosis spielt im Kosmos aufgrund der Ausheilung von Defekten eine weitaus geringere Rolle. Die bei Raumtemperatur stabilen, größtenteils unlöslichen,aliphatisch-polymerähnlichen Residuen der Bestrahlungsblöcke zeigten ein H:C-Verhältnis von ca. 1.4:1 (abgeschlossenes System 2:1), so daß auf eine Wasserstoffentfernung aus dem offenen System und damit verbundene stärkere Karbonisierung geschlossen werden muß. Letzteres konnte durch Hinweise aufgraphitischen Kohlenstoff bestätigt werden. Die vorliegende Arbeit versucht zum Verständnis der Mechanismen der strahlungsinduzierten Bildung der im Kosmos detektierten organischen Moleküle beizutragen. Bei Simulationsexperimenten der kosmischen Strahlung muß nach den Ergebnissen dieser Arbeit größere Aufmerksamkeit auf die nur zu 5 bzw. 14 % vorkommende Helium-Komponente und eventuell noch massenreicherer Teilchen wie z. B. Kohlenstoff höherer Energiedichte gelegt werden. Zudem findet eine klare Differenzierung zwischen im Volumen eingeschlossenen (z. B. in Kometen) und an der Oberfläche offenen Eiskörpersystemen (Eisschichten auf Staubpartikeln, Ringmaterie, Kometen, Asteroiden und Eismonden) im Kosmos statt.

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Contributing Institute(s):

1. Publikationen vor 2000 (PRE-2000)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

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Database coverage:

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